základy biofyziky, biochémie a rádiológie
DESCRIPTION
Základy biofyziky, biochémie a rádiológie. 1. OSE, 1. PA, 1. DH, 1. UZS, 1. FYZ FZ PU. 14.11.2014. 14.11.2014. 14.11.2014. 1. 1. 1. Základy biofyziky. Termodynamika a molekulová biofyzika Biofyzika bunky Biofyzika tkanív a orgánov Biofyzika vnímania Ekologická biofyzika - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
19.04.2023 119.04.2023 119.04.2023 1
Základy biofyziky, biochémie a rádiológie
1. OSE, 1. PA, 1. DH, 1. UZS, 1. FYZ
FZ PU
19.04.20232
19.04.202319.04.2023
Základy biofyziky
• Termodynamika a molekulová biofyzika• Biofyzika bunky• Biofyzika tkanív a orgánov• Biofyzika vnímania• Ekologická biofyzika• Biofyzika ionizujúceho žiarenia• Medzinárodná sústava jednotiek
1. Šajter V. a kol.: Biofyzika, biochémia a rádiológia. 1. vyd. Martin: Vydavateľstvo Osveta. 2002. 158 s.
2. Sýkora A., Šanta M.: Základy biofyziky. 1. vyd. FZ PU Prešov: Grafotlač,s.r.o. 2008. 104 s.
19.04.2023 319.04.2023 319.04.2023 3
Termodynamika a molekulová biofyzika
Termodynamika je veda o transformácii energie a fyzikálnych vlastnostiach substancii, ktoré sú jej súčasťou.
Predmetom štúdia termodynamiky nie sú jednotlivé atómy či molekuly, ale systémy tvorené veľkými súbormi s veľkým počtom častíc.
Molekulová biofyzika študuje zákonitosti fyzikálneho pohybu molekúl a makromolekúl v živom systéme, od molekulového chápania skupenských stavov až po vlastnosti makromolekúl.
19.04.2023 419.04.2023 419.04.2023 4
Termodynamika
Termodynamický systém je výsek hmotného sveta obsahujúci veľký počet interagujúcich častíc napr. reakčná banka, tlaková nádoba, bunka, živý jedinec.Podľa interakcie s okolím definujeme tri druhy systémov:- izolovaný, - uzavretý, - otvorený
Usporiadanie systému v danom čase udáva stav systému. Je určený stavovými veličinami: p, T, V, n.Vzájomná súvislosť stavových veličín je daná stavovou rovnicou: p.V/T = n.R R je plynová konštanta
Ak sa mení stav termodynamického systému, ide o termodynamický dej.Deje pri konštantných podmienkach:- izotermický, - izochorický, - izobarický dej
19.04.2023 519.04.2023 5
TS – výsek hmotného sveta, obsahujúci veľký počet interagujúcich častíc
19.04.2023 619.04.2023 6
Stavové veličiny
19.04.2023 719.04.2023 719.04.20237
Prvá termodynamická veta
Vyjadruje základný princíp o zachovaní energie. Platí všeobecne a
absolútne pre jednu alebo nekonečný počet častíc napr. v
ľudskom organizme.
dU = A+Q dU je prírastok vnútornej energie, A je vykonaná práca,
Q je prijaté teplo. Žiadny systém nevykoná prácu bez dodania tepla
a bez zníženia vnútornej energie.
Entalpia H – tepelný obsah je množstvo tepla, ktorý si systém
vymieňa s okolím pri konštantnom tlaku:
H = U+pV p = konšt.
H je entalpia, U je vnútorná energia, p je tlak, V je objem
19.04.2023 819.04.2023 8
Transformácia a akumulácia energie v živých systémoch
Zákon o zachovaní energie
19.04.2023 919.04.2023 919.04.2023 9
Druhá termodynamická veta
Teplo nemožno úplne premeniť na prácu: pri tejto premene sa časť
tepla odovzdáva okoliu s nižšou teplotou a nemožno ju v systéme
využiť. Energia sa nestráca, ale degraduje na menejcennú formu
energie – teplo.
Vždy časť energie zostane vo forme tepla:
= Q1–Q2/Q1 = T1–T2/T1 je účinnosť a je menšia ako 1, Q je teplo,
T je teplota
Deje prebiehajúce jedným smerom sa nazývajú ireverzibilné.
Stupeň nevratnosti deja entropia S–miera degradácie energie alebo
nevratnosti deja: dS = dQ/T dS je nekonečne malá zmena entropie,
dQ je nekonečne malý prírastok tepla T je teplota deja
Entropia je mierou neusporiadanosti systému.
19.04.2023 1019.04.2023 1019.04.2023 10
Skupenské stavy látok
Závisia od T a p.
Tuhé skupenstvo–pevné spojenie častíc, priestorovo usporiadané,
kmitavý pohyb.
Kvapalné skupenstvo–dotyk častíc, zachovanie objemu, pohyb
častíc, rôzny tvar, izotropné a anizotropné prostredie, povrchové
napätie, viskozita, rozpúšťacia schopnosť....
Kvapalné súčasti organizmu–biologické tekutiny–plazma, lymfa,
mozgomiechový mok, kvapalné sekréty. Sú to roztoky.
Plynné skupenstvo – voľne pohybujúce sa molekuly, zanedbateľné
príťažlivé sily. Stavová rovnica plynov, Daltonov zákon, Henryho
zákon.
Plazmatický stav–plazma–vysoko ionizovaný plyn, elektricky
vodivá.
19.04.2023 1119.04.2023 1119.04.2023 11
Disperzné systémy
Dvojfázové systémy - disperzné prostredie v nadbytku a disperzný podiel. Podľa veľkosti častíc:- Analytické disperzie – do 1 nm, pravé roztoky, prechádzajú - cytoplazmatickou membránou, nesedimentujú, rýchlo difundujú.- Koloidné disperzie – 1-1000 nm, roztoky makromolekúl alebo miciel, neprechádzajú membránou, viditeľné elektrónovým mikroskopom, sedimentujú v ultracentrifuge, pomaly difundujú. Krvná plazma, roztok škrobu, koloidný roztok bielkovín. Majú elektricky náboj. - Hrubé disperzie – častice väčšie ako 1000 nm, neprechádzajú filtračným papierom, viditeľné optickým mikroskopom, sedimentujú v zemskej gravitácii, nedifundujú.
19.04.2023 1219.04.2023 12
19.04.2023 1319.04.2023 1319.04.2023 13
Koligatívne vlastnosti roztokov
Vlastnosti, ktoré závisia len od koncentrácie disperzného podielu.
Napr. – zníženie tenzie pár, zvýšenie bodu varu, zníženie bodu
mrazu, osmotický tlak. Sú určené na stanovenie molekulovej
hmotnosti rozpustenej látky.
Zníženie tlaku pár nad roztokom – Raoultov zákon :
dp/p = p-p´/p = n2/n1 +n2 n1 je počet mólov rozpúšťadla, n2 je počet
mólov rozpúšťaných látok, p je tenzia nasýtených pár nad rozpúšťadlom,
p´ je tenzia nasýtených pár nad roztokom
So znížením tenzie nasýtených pár súvisí zvýšenie bodu varu
roztoku - čím väčšia je koncentrácia rozpustenej látky v
rozpúšťadle, tým viac sa zvýši jeho bod varu:
dtv = E.cm E je ebulioskopická konštanta, cm je mólové teplo vyparovania
Pre zníženie bodu tuhnutia platí:
dtt = -K.cm K je kryoskopická konštanta, cm je skupenské teplo topenia
19.04.2023 1419.04.2023 1419.04.2023 14
Povrchové javy
Javy na rozhraní fáz sa týkajú povrchového napätia a adsorbcie.Povrchové napätie je sila, pôsobiaca na 1 meter dĺžky kvapaliny: = F/l N.m-1. Na molekuly povrchu pôsobia van der Waalsove sily.Povrchové napätie spôsobí, že sa kvapalina neroztečie, vytvorí sa kvapka s najmenším povrchom, ďalej spôsobuje kapilárne javy, eleváciu a depresiu, uplatňuje sa pri dýchaní.
Adsorpcia je schopnosť povrchovej vrstvy zvýšiť koncentráciu atómov alebo molekúl, látky tuhej ale aj kvapalnej. Adsorbent napr. živočíšne uhlie. Je funkciou teploty a tlaku.
Absorpcia je pohlcovanie v celom objeme.
19.04.2023 1519.04.2023 15
19.04.2023 1619.04.2023 1619.04.2023 16
Bunka je základná štruktúrna, funkčná a rozmnožovacia jednotka organizmu. Malý, membránou ohraničený systém, naplnený vodným roztokom chemických prvkov v rôznych zlúčeninách. Je to otvorený systém, vymieňajúci si s vonkajškom energiu, informácie a látkovú premenu.
Ďalšie deje prebiehajú na bunkovej membráne.
Ich najčastejšia veľkosť je 1-100 μm. Nervové bunky až 1 m, riketsie a mykoplazmy asi 100 nm.
Biofyzika bunky
19.04.2023 1719.04.2023 1719.04.2023 17
Štruktúra a funkcia bunky
Mikroskop, elektrónový mikroskop, röntgenová štruktúrna analýza, magnetická rezonancia, pozitrónová emisná tomografia – informácie o štruktúre a funkcii bunky.Základná štruktúra bunky – cytoplazma a bunková membránaČlovek z niekoľko biliónov buniek.Špecializácia buniek – súvis – z vykonávanou funkciou.Bunky určitého funkčného a štruktúrneho typu sa spájajú do tkanív, z ktorých sa vytvárajú jednotlivé orgány. Tvar – rozmanitýPrvky sa delia na:1) Základné – najviac zastúpené2) Hlavné – fyziologické procesy a látková výmena3) Stopové – ich nedostatok spôsobí patologické stavy až smrť
19.04.2023 1819.04.2023 18
19.04.2023 1919.04.2023 19
Tvary buniek v ľudskom tele
19.04.2023 2019.04.2023 2019.04.2023 20
Cytoplazma a jej chemické zloženieCytoplazma je základom vnútorného prostredia bunky. Obsahuje 70% vody, 15-20% bielkovín, 2-3% tukov a zvyšok tvoria nukleové kyseliny, uhľovodíky, nízkomolekulové organické látky, minerály a ióny.
Štruktúra a funkcia vody v cytoplazme
V jej spávaní niektoré anomálie: Najväčšia hustota pri 3,98°C. Molekula H2O má charakter dipólu. Má vysokú dielektrickú konštantu a schopnosť rozpúšťať polárne látky.Funkcie vody: - rozpúšťadlo organických a anorganických látok – tvorí disperzné prostredie – zúčastňuje sa na metabolizme – podieľa sa na termoregulácii – zúčastňuje sa na vytváraní osmotickej rovnováhy – účinkuje pri transporte látok cez bunkovú membránu.V bunke voľná voda – 95% celkového obsahu, funguje ako rozpúšťadlo a disperzné prostredie koloidného systému cytoplazmy a viazaná voda, ktorá sa zúčastňuje na vytváraní väzieb s polárnymi skupinami bielkovín.
19.04.2023 2119.04.2023 21
Štruktúra molekuly vody
19.04.2023 2219.04.2023 2219.04.2023 22
Vlastnosti cytoplazmy a jej štruktúra
Číra časť cytoplazmy je cytosól. V nej malé, veľké častice a organely rozmerov niekoľko nm (nanometrov) a μm (mikrónov). Bielkoviny cytoplazmy sú štruktúrne a globulárne.Bunková cytoplazma je bezfarebná a prepúšťa viditeľné svetlo. Obsahuje pigmenty. V polarizovanom svetle je cytoplazma izotropná. Je elastická, kontraktilná, rigidná, pohyblivá a primerane pevná.Viskozita cytoplazmy je vyššia v porovnaní s vodou. Je daná väzbami medzi časticami, z ktorých je zložená. Závisí od T a zloženia okolia buniek. K povrchu bunky je väčšia, a mení sa napr. pri bunkovom delení a fagocytóze.Cytoplazma je mierne kyslá pH (približne 6,8) a má veľkú pufrovaciu schopnosť.
19.04.2023 2319.04.2023 2319.04.2023 23
Funkcia bunkovej membrány
Úloha v živote bunky pri uskutočňovaní základných biologických a
fyziologických funkcii: - oddeľuje cytoplazmu - obaľuje organely –
zabezpečuje bunkový transport - genézu elektrických potenciálov
– dráždivosť a vzrušivosť - energetiku živých systémov – imunita –
rozmnožovanie a ďalšie.
Štruktúra bunkovej membrányMolekulová dvojvrstva lipidov (fosfolipidy a cholesterol) so zabudovanámi membránovými proteinmi (ektoproteíny a endoproteíny). Dobrú priepustnosť pre vodu a nej rozpustené zabezpečuje veľké množstvo pórov.Bunková membrána plní dve hlavné funkcie: - rozdeľovaciu – integrujúcu.Ich poruchy vyvolávajú ochorenia.
19.04.2023 2419.04.2023 24
Bunková membrána - supramolekulový útvar
19.04.2023 2519.04.2023 25
Model bunkovej membrány1-bielkovina, 2-dvojvrstva lipidov, 3-otvor, pór
19.04.2023 2619.04.2023 2619.04.2023 26
Transport cez bunkovú membránu
Ide o prenos živín, kyslíka do bunky a vylučovanie odpadu a CO2 z
bunky. Výsledkom transportu fyziologických iónov je rozdiel ich
koncentrácie vnútri a mimo bunky, čím sa generuje potenciálová
diferenciácia - pokojový a akčný potenciál. Poznanie transportov v
bunkách je dôležité pre aplikáciu liečiv do tkanív. Existuje pasívny
a aktívny transport.
Pasívny je prenos látok v smere elektrochemického gradientu, zo
stavu s vyššou energiou do stavu z nižšou energiou: osmóza a
difúzia.
Aktívny je prenos molekúl a iónov proti elektrochemickému
gradientu, na úkor energie metabolických procesov bunky: -
sodíkovo-draslíková pumpa a kalciová pumpa.
19.04.2023 2719.04.2023 27
Pasívny transport cez bielkovinové kanály • iónový kanál otváraný naviazaním ligandu• iónový kanál otváraný elektrický
19.04.2023 2819.04.2023 28
Model sodíkovo-draslíkovej pumpy, 1-vonkajšia strana, 2- vnútorná strana, 3-membrána
19.04.2023 2919.04.2023 29
Sodíkovo-draslíková pumpa
19.04.2023 3019.04.2023 3019.04.2023 30
Membránový a akčný potenciál
Elektrické prejavy membrány sú významné pri kódovaní a prenose informácii v nervom tkanive a spúšťaní svalovej kontrakcie.
Pokojový membránový potenciál sú veľké ióny v cytoplazme a nerovnomerne rozdelené fyziologické ióny (K, Na, Cl) na obidvoch stranách membrány. Akčný potenciál vzrušivých tkanív. Vzrušivosť je schopnosť membrán odpovedať na podnet, čo sa prejaví ich funkčnými zmenami a fyzikálno-chemickými procesmi napr. zmenou ich elektrického stavu. Táto potenciálová zmena je akčný, činnostný potenciál.AP – základný prvok kódovania a prenosu informácií v nervom systéme. V svale je AP prvý článok spustenia svalovej kontrakcie.
19.04.2023 3119.04.2023 31
Hladiny iónov v niektorých bunkách
19.04.2023 3219.04.2023 32
Druhy bunky Vm/mV/ Vk/mV/
Svalová bunka cicavcov -80 -92
Svalová bunka žaby -85 -93
Svalová bunka raka -77 -84
Nervové vlákno /Loligo/ -61 -81
Nervové vlákno /Squid/ -76 -86
Srdcový sval psa -90 -110
Pokojový membránový potenciál a rovnovážny potenciál draslíkových iónov
19.04.2023 3319.04.2023 33
Pemeabilita membrány pre draslíkové a sodíkové ióny
19.04.2023 3419.04.2023 34
Priebeh AP v nervovom vlákne
19.04.2023 3519.04.2023 3519.04.2023 35
Šírenie akčného potenciálu
AP vzniká v mieste podráždenia, šíri sa po membráne nervového a svalového vlákna na miesto určenia. Spôsob šírenia:- Mechanizmom tzv. lokálnych prúdov – rozdiel potenciálov medzi podráždeným a nepodráždeným miestom. Lokálny prúd vyvolá vznik AP na susednom mieste membrány. Proces sa opakuje. - Skokom – v myelizovaných nervových vláknach, myelín nevedie elektrický prúd, vzruch sa šíry skokom od jedného Ranvierovho zárezu k ďalšiemu.
- Synaptický prenos – medzi nervovými a medzi nervovými a svalovými, synapsa je funkčné spojenie pomocou chemických mediátorov.
19.04.2023 3619.04.2023 36
Schéma šírenia vzruchu cez synapsu
19.04.2023 3719.04.2023 3719.04.2023 37
Biofyzika tkanív a orgánov
Biomechanika kostí – aplikácia zákonov mechaniky v biológii a medicíne. Skúma vlastnosti a dynamiku kostného skeletu, kĺbových spojení a vhodnosť aplikácii náhrad. Skelet a kĺby pripomínajú sústavu pák v gravitačnom poli, pôsobení vonkajších síl a svalov. Biomechanika svalovej kontrakcie – svaly sú hybný systém človeka. Výsledkom svalovej kontrakcie je práca. Kostrový sval je zložený z vlákienok. Myofibrily sú zložené z tenších aktínových a hrubších myozínových vlákienok. Spúšťačom kontrakcie je AP, ktorý uvoľní Ca+2 ióny zo sarkoplazmatického retikula do svalovej bunky. Uvoľnenie nastane po znížení koncentrácie Ca+2 v bunke. Sval odpovedá pohybom alebo ťahovou silou – izometrická akcia (l je konšt.) vzniká pri fixovaných šľachách – izotonická akcia (napätie je konšt.), sval mení dĺžku. Myogram je časový záznam potenciálov svalov.
19.04.2023 3819.04.2023 38
Svalové vlákno – schéma usporiadania kontraktilných elementov, A–anizotropné pásmo, I–izotropné pásmo, Z–disk
19.04.2023 3919.04.2023 3919.04.2023 39
Biofyzika krvného obehu
Krvný obeh je polouzavretý systém tvorený srdcom, cievami a krvou. Srdce je zdrojom mechanickej energie, cievy tvoria rozvodný systém a krv je pohyblivá a nestlačiteľná zložka.Hlavná funkcia je privádzať tkanivám O2 a výživné látky a odvádzať z nich produkty látkovej premeny a CO2.Práca srdca – srdce pracuje ako tlakové čerpadlo. Kontrakciou dutého srdcového svalu vzniká tlak, ktorý vháňa objem krvi do ciev. Srdce vykoná statickú prácu: Wp = p.V Krv získa rýchlosť a vykonáva kinetickú prácu: Wk = 1/2mv2
Mechanická práca W = Wp + Wk a pri jednej systole je 1,13 J.Prúdenie krvi sa riadi rovnicou kontinuity: S1v1 = S2v2
Bernoulliho ronicou: 1/2mv12 + p1.V = 1/2mv2
2 + p2.V Krv prúdi následkom tlakových rozdielov vznikajúcich W srdca. pN = 16kPa/10,5kPa. Krv prúdi laminárne alebo turbulentne.
19.04.2023 4019.04.2023 40
Zloženie srdca
19.04.2023 4119.04.2023 4119.04.2023 41
Biofyzika dýchania
Vonkajšie a vnútorné dýchanie. 4 hlavné časti dýchania:
pulmonálna ventilácia, difúzia plynov, transport plynov,
regulácia dýchania.
Fyzikálne zákony dýchania: Zmes 78%N, 21%O, 1%CO2,
vodné pary a vzácne plyny. Stavová rovnica, Daltonov zákon
– určuje parciálny tlak kyslíka, Henryho zákon – sa týka
rozpustnosti plynov v krvnej plazme a Fickove zákony.
Mechanika dýchania a dychové objemy. Výmena plynov v
pľúcnych alveolach. Inspírium – aktívny proces a expírium –
pasívny proces.
Dychové objemy podľa hĺbky dýchania: - dychový objem
(DO = 0,5 l), - inspiračný objem (IRO = 2,5 až 3 l), - expiračný objem (ERO = 1 l), - reziduálny objem (RO = 1,5 l).
19.04.2023 4219.04.2023 4219.04.2023 42
Frekvencia dýchania, rýchlosť a objemy registrujeme spirometrom a pneumotachogramom. Frekvencia je počet nádychov (výdychov) za minútu.Minútový objem dýchania je objem vzduchu, ktorý sa za minútu vdýchne a vydýchne.
Vznik ľudského hlasu
Hlas vzniká v hrtane a súvisí s dýchaním. Vytvára ho kmitajúci vzduchový stĺpec v rezonančných dutinách nad hlasivkami. Výška hlasu závisí od dĺžky hlasivkových väzov a farba hlasu od veľkosti a tvaru rezonančných dutín (hrtan, ústna, nosová a prínosové dutiny). Sila hlasu závisí od tlaku vydychovaného vzduchu. Akustické prvky ľudskej reči sú samohlásky a spoluhlásky.
19.04.2023 4319.04.2023 4319.04.2023 43
Pasívne elektrické vlastnosti tkanívTkanivá sú vodiče II. rádu – elektrolytické pomocou iónov alebo iných nabitých koloidných častíc. Vodivosť tkanív závisí od elektrického prúdu (I) a druhu tkaniva (jeho štruktúry). Tkanivo je paralelne zapojený elektrický obvod odporu R a kapacity C.
Aktívne elektrické vlastnosti tkanívPrejavom vzrušivého tkaniva sú AP. AP orgánov sú integrálom činnostných potenciálov buniek. Ich snímanie sa využíva v diagnostike.
ElektrokardiografiaSrdce má vlákna špecializované na prácu a na vedenie AP (Purkyňové vlákna). Srce si sa generuje AP v generátore (sinoatrálny uzol). AP trvá viac ako 200 ms. AP možno snímať s povrchu tela – elektrokardiogram (EKG).
19.04.2023 4419.04.2023 44
Tkanivo Merný odpor /Ω.m/
Cytoplazma bunky 1
Telové tekutiny 0,8-1,3
Svaly 3
Parenchymatózne tkanivo 4-6
Tukové tkanivo 10-15
Kostné tkanivo 30
Merný odpor tkanív
19.04.2023 4519.04.2023 45
RC obvod tkanivaR-odpor tkaniva, C kapacita tkaniva
19.04.2023 4619.04.2023 46
Jednoduchá elektrokardiografická krivka
19.04.2023 4719.04.2023 47
Elektrokardiografické vyšetrenie
19.04.2023 4819.04.2023 4819.04.2023 48
Elektroencefalografia
Snímanie AP z CNS hlavne z mozgu. Obraz sa zaznamená elektródami na povrchu hlavy (EEG), alebo priamo z povrchu mozgu (ECOG).
Elektroretinografia (ERG) – snímanie AP zo sietnice oka, elektrogastrografia (EGG) – snímanie AP žalúdkovej steny, elektromyografia (EMG) – zo svalov.Majú diagnostický význam.
Magnetické signály tkanív
Snímanie a registrácia biomagnetických prejavov (magnetických polí) srdca, svalov a mozgu.
19.04.2023 4919.04.2023 4919.04.2023 49
Biofyzika vnímania
Zmyslové vnímanie je príjem a uvedomovanie si informácií z
vonkajšieho a vnútorného prostredia organizmu, prostredníctvom
receptorov.
Receptory: fotoreceptory, chemoreceptory, mechanoreceptory,
termoreceptory a ďalšie. R sú to meniče energie, na elektrický
signál – receptorový potenciál. AP ide senzitívnym nervom do
CNS, kde sa analyzuje a človek získa informácie.
Vzťah podnetu a vnemuIntenzita vnemu sa zvyšuje intenzitou podnetu. Čím je priemer
nervového vlákna väčší, tým je aj rýchlosť šírenia vyššia.
19.04.2023 5019.04.2023 5019.04.2023 50
Vnímanie chuti a čuchu
Chuť a čuch majú podobný mechanizmus vzniku podráždenia. Na recepciu čuchu je čuchový epitel. Čuchové receptory sa rýchlo adaptujú, až zmiznú činnostné potenciály.Chemoreceptory chuti – chuťové poháriky v sliznici jazyka. Chuťové vnemy závisia od podráždenia čuchu.
Vnímanie zvukuProces zachytenia, prenos a spracovanie zvukového signálu v sluchových analyzátoroch.Zvuk je mechanické kmitanie prostredia s kmitočtom 16-20000Hz. Rýchlosť závisí od vlastnosti prostredia.Človek vníma zvuk pomocou sluchového orgánu. Vlastným akustickým receptorovým systémom je Cortiho orgán vo vnútornom uchu.Úlohou vestibulárného systému je vnímanie polohy, pohybu a zrýchlenia.
19.04.2023 5119.04.2023 51
Umiestnenie čuchových receptorov
19.04.2023 5219.04.2023 52
Látka Rýchlosť zvuku [m/s]
Vzduch (13,4 °C)Voda (25 °C)OrtuťBetonĽadOceľSklo
3401 5001 4001 7003 2005 0005 200
Rýchlosť šírenia zvuku
19.04.2023 5319.04.2023 53
Druh zvuku Hlasitosť /Ph/ Intenzita /W.m-2 /
Prah počutia 0 10-12
Šum lístia, šepot 10-20 10-11 – 10-10
Tichá hudba 40 10-8
Rozhovor 50-60 10-7 – 10-6
Pouličný hluk 60-70 10-6 – 10-5
Pneumatické kladivo 100 10-2
Dýzový motor 120 1
Hlasitosť zdrojov zvuku
19.04.2023 5419.04.2023 54
Sluchové pole
19.04.2023 5519.04.2023 55
Stavba ucha
19.04.2023 5619.04.2023 5619.04.2023 56
Zrakový analyzátor
Príjem a spracovanie informácií v zrakovom centre je výsledkom dopadu fotónov svetla na receptory v oku.Svetlo je elekromagnetické vlnenie s λ = 400-780 nm. Má vlnovo-časticový charakter.Oko vytvára obraz predmetu a mení energiu fotónov. Optická mohutnosť oka je 60D (dioptria). Zmena optickej mohutnosti je akomodácia. Obraz na sietnici a bodovo je oko emetropické. V opačnom prípade ametropické. Pred sietnicou – krátkozrakosť (myopia). Za – ďalekozrakosť (hypermetropia). Predmet zobrazený nie bodovo –astigmatizmus.Sietnica – na ne fotoreceptory. Obraz prevrátený, zmenšený. Bioelektrická aktivita sietnice je výsledok fotochemických reakcií. Sleduje ich ERG.
19.04.2023 5719.04.2023 57
Stavba oka
19.04.2023 5819.04.2023 58
Krátkozrakosť a ďalekozrakosť a korekcia okuliarmia) pred korekciou, b) po korekcii
19.04.2023 5919.04.2023 5919.04.2023 59
Ekologická biofyzika
Životné prostredie, prostredie kde žijeme, výsledkom jeho narušenia je zvýšený počet ochorení. Výsledkom interakcií organizmu s prostredím je: - reakcia, - poškodenie, -adaptácia.Fyzikálne podnety: -mechanické faktory, - elektrcké a magnetické polia, - teplo a meteorologické faktory, - zvuk, ultrazvuk a infrazvuk, - neionizujúce žiarenie, - ionizujúce žiarenie.Účinok závisí od: - druhu podnetu, - intenzity, - trvania podnetu, - miesta pôsobenia, - reaktivity organizmu.Fyzikála terapia je pôsobenie priaznivých podnetov pri liečbe, prejaví sa vyšším prekrvením, zlepšenou regulačnou schopnosťou a obnovením narušených biologických funkcií.
19.04.2023 6019.04.2023 6019.04.2023 60
Účinky mechanických síl (geobiofyzika)Gravitačné zrýchlenie: - preťaženie kladné, - preťaženie záporné
Účinky podtlaku a pretlaku (barobiofyzika)
Atmosféricky tlak pôsobí stále na organizmus. Vysoké nadmorské výšky: - brachykardia, - tachykardia, horská choroba.Počas tretieho týždňa vysokohorského pobytu – aklimatizácia. Zmena intermediárneho metabolizmu – zvýšenie výkonnosti pri nízkej spotreba O – liečenie chorôb respiračného systému. Podtlakové komory – tlak vzduchu znížený o 20-40 kPa.Pri potapaní – kesónová choroba.Pretlak sa využíva v pretlakových komorách (barokomorach), kde je 26,7-53,3 kPa. Terapia hypoxických stavov a pľúcneho emfyzému.Hyperbarická oxygenoterapia sa využíva pri otravách CO, kyanidmi, popaleninách a polytraumách.
19.04.2023 6119.04.2023 6119.04.2023 61
Účinky elektrických a magnetických polí
Tkanivá sú komplikované vodiče I. Tkanivo je elektrická impedancia s vodivosťou, kapacitou a indukčnosťou. Priaznivé účinky I sa využívajú ako elektroliečba.Účinky jednosmerného I – preteká tkanivo elektrolyticky, pohybom iónov. Nemá dráždivé účinky, má tepelné účinky. Galvanoterapia – liečba jednosmerným I: - galvanizácia (liečba chronických ochorení, poúrazových stavov, porúch prekrvenia, spazmov svalstva a iných) a – ionoforéza (aplikácia liečiva, ktorých molekula má na povrchu elektrický náboj).
Účinky striedavého nízkofrekvenčného I – má predovšetkým dráždivé účinky – rozcvičovanie svalstva, defibriláciu a stimuláciu.Impulzoterapia – liečebná aplikácia nízkofrekvenčných I: - rozcvičovanie svalov, - stimulovanie hladkého svalstva, - elektrostimuláciu totálne denervovaných svalov a - diagnostiku.
19.04.2023 6219.04.2023 62
Ionoforéza
19.04.2023 6319.04.2023 63
Hoowergova a Weissova krivka, I-intenzita prúdového impulzu, t-trvanie impulzu.
19.04.2023 6419.04.2023 64
Fyziologické účinky striedavého prúdu (60Hz), prechádzajúceho cez kožu (neporušenú) do tela
1 mA prah pocitu
5 mA bezpečný prúd cez kožu, ale nie cez implantovaný stimulátor srdca
10 20 mA začína svalová kontrakcia
50 mA bolesť, možnosť porúch srdca a dýchania
100 300 mA
fibrilácia komôr (srdce prestáva pracovať ako pumpa)
6 A trvalá kontrakcia srdcových komôr, popáleniny na koži
19.04.2023 6519.04.2023 6519.04.2023 65
Účinky striedavého vysofrekvenčného prúdu–majú frekvenciu vyššiu ako 1 MHz, a majú najmä tepelný účinok.Diatermia – hĺbkový tepelný vplyv.Úrazy I: - pri prechode I s vyššou intenzitou. Najcitlivejšie tkanivá sú mozgové, respiračné svaly hrudníka, nervové centrá a srdce.
Účinky magnetických polí – biologické sú výsledkom pôsobenia na receptory, ovplyvňujú reakcie radikálov a výmenu iónov (Ca+2), vyvolávajú vazodilatáciu, analgéziu, podporujú hojenie a myorelaxáciu.Magnetoterapia – liečba poúrazových stavov, podpora vhojenia endoprotéz, urýchlenie hojenia zlomenín, hovenia mäkkých tkanív, pri chronických zápaloch, ochoreniach pohybového systému, bolestiach chrbtice, reumatizme, obrne nervov a...Nevhodná pre tehotné ženy, osoby s anémiou, s implantovaným elektronickým zariadením, u pacientov s aktívnou TBC, s poruchami funkcie endokrinných žliaz, nádorovými ochoreniami a psychózami.
19.04.2023 6619.04.2023 66
Diatermia
19.04.2023 6719.04.2023 67
Magnetoterapia
19.04.2023 6819.04.2023 6819.04.2023 68
Účinky teplaQ – forma energie, úhrnná kinetická energia neusporiadaného pohybu molekúl látky. Čím vyššia je Ek tým vyššia je t. Pri absolútnej nule t = - 273,15°C sa látky nepohybujú.
Telesná teplota – človek si udržiava konštantnú t tela –rovnováha medzi tvorbou a výdajom Q termoreguláciou v hypotalame –36,5°C.
Mechanizmus tvorby a prenosu tepla. Teplo sa tvorí metabolizmom vo svalstve, pečeni a ostatných orgánoch. Teplo z okolia. Strata tepla kondukciou, konvekciou, radiáciou a evaporáciou. Reakcia na teplo závisí od intenzity a formy tepelného podnetu a od reaktivity organizmu. Termoterapia celková a lokálna využíva priaznivé účinky tepla.
Účinky počasia a klímy skúma bioklimatológia: - humánna, -zoologická, - botanická, - kozmická.
19.04.2023 6919.04.2023 69
Rozsah termoregulácie človeka a poruchy
19.04.2023 7019.04.2023 70
Termoterapia
19.04.2023 7119.04.2023 7119.04.2023 71
Účinky zvuku, ultrazvuku a infrazvukuNežiaduci zvuk rôznych frekvencií a intenzít sa nazýva hluk. Akustický tresk je tlaková vlna.
Účinky ultrazvuku. Ultrazvuk má frekvenciu = 20000 Hz. V medicíne sa používa na terapiu a diagnostiku. Používa sa aj na meranie rýchlosti prietoku krvi.Nadmerná intenzita dráždi a poškodzuje tkanivo.
Účinky neionizujúceho žiareniaNŽ – viditeľné svetlo, UV, IR a mikrovlny. VS – fotosyntéza, videnie, fyziologické účinky. Prevencia, doplnková liečba TBC, rekonvaleciacia a helioterapia kožných ochorení. Úpal a prehriatie.Laserové žiarenie sú opakované impulzy úzkeho zväzku monochromatického žiarenia od IR, VS, UV po RTG. Laser – kvantový generátor.
19.04.2023 7219.04.2023 72
Dopplerov jav, zdroj vlnenia a) v kľude, b) v pohybe
19.04.2023 7319.04.2023 73
Ošetrenie kožných lézií laserom
19.04.2023 7419.04.2023 74
Elektromagmetické žiarenie
19.04.2023 7519.04.2023 7519.04.2023 75
Účinky IR - IR tvorí dlhovlnná časť optického spektra. Má tepelný efekt a analgetický, spazmolytický a stimulačný účinok na imunologické reakcie.Účinky UV - Má výrazne biologické (denaturácia bielkovín, zmeny DNA, vznik mutácii, ccromozomových a morfologických zmie) a fotochemické účinky. Účinky mikrovlnného žiarenia - Šírenie rozhlasového a televízneho signálu, v rádiotelegrafii a bezdrôtovom spojení. V
tkanivách vznik tepla. Biologické rytmy - Oscilácie procesov organizmu v čase patria medzi prejavy organizmu. Sú dedičné podľa teórie biologických hodín. 24 hodinový cyklus je základný biorytmus, pri ňom sa mení vyše 300 funkcií a procesov. Prelety cez časové pásma ovplyvňujú biorytmy. Starnutie – rozladenie a vymiznutie biorytmov. Klinický význam – vznik choroby.
19.04.2023 7619.04.2023 7619.04.2023 76
Biofyzika ionizujúceho žiarenia
Rádiačná biofyzika sa zaoberá účinkami IŽ na biologické systémy. Prirodzené a umelé rádioizotopy, ktorých jadro je nestabilné. Samovoľný rozpad jadier je rádioaktivita a riadi sa fyzikálnymi zákonmi. Základný zákon rozpadu: - počet rádioaktívnych častíc klesá v závislosti od času a rýchlosti rozpadu.Druhy rozpadu - rozpad α (vznik častice α), - rozpad β (počet nukleónov je zachovaný), - γ (emisia elektromagnetického žiarenia) Podľa ionizácie – priamo ionizujúci s nábojom – e-, p+, α, a - nepriamo ionizujúce bez náboja – elektromagnetické žiarenie, neutróny, RTG, γ.IŽ je charakterizované energiou v elektrónvoltoch (eV).Prírodné a umelé zdroje IŽ. Priemerné dávky týchto zdrojov sú 2,5mSv – 3,5mSv. Radón spôsobuje polovicu radiačnej zaťaženosti obyvateľstva.
19.04.2023 7719.04.2023 77
Rozpadový zákon a) lineárny súradnicový systém, b) semilogaritmický systém
19.04.2023 7819.04.2023 78
Zdroje IŽ v životnom prostredí
19.04.2023 7919.04.2023 7919.04.2023 79
Interakcia ionizujúceho žiarenia
Interakcia medzi žiarením a absorpčným prostredím: - excitácia, ionizácia, vznik brzdného žiarenia, rozptyl, fotoefekt, Comptonov rozptyl, tvorba elektrón-pozitrónových párov a jadrové reakcie.α – strácajú energiu postupne s dĺžkou dráhy, ionizáciou (odtrhnutie e-) a excitáciou (vzbudenie e-). Dolet vo vzduchu je do 10 cm, vo vode a biologickom tkanive 0,1 mm.β – častice majú 10x slabšie ionizačné schopnosti ako α. Naráža na atómy prostredia a mení dráhu,ktorá je v tkanive 4x dĺhšia ako pri α. Vo vzduchu je niekoľko metrov.λ – nejprenikavejšie, vo vzduchu niekoľko 100 m. Tri spôsoby interakcie: fotoefekt, Comptonov rozptyl, tvorba elektrón-pozitrónových párov.Neutróny bez náboja, interakcie s jadrom atómu.
19.04.2023 8019.04.2023 80
Fotoefekt Comptonov rozptyl
Tvorba elektrón- pozitronových párov
19.04.2023 8119.04.2023 8119.04.2023 81
Detekcia a dozimetria ionizujúceho žiarenia
Nemáme receptory na vnímanie IŽ.Detektory podľa spôsobu registrácie IŽ: - pulzné a – integrálnePodľa účinku IŽ: -ionizačné, - scintilačné, - fotografické, - polovodičové, - tepelné, - chemické.
Biologické účinky IŽ
Procesy začínajú absorpciou energie IŽ. Radiobiologický efekt zložený z fyzikálnych, fyzikálnochemických, chemických a biologických dejov.
Ochrana pred IŽ
Cieľom je zabrániť radiačnému poškodeniu organizmu. Ochrana má fyzikálny, chemický alebo biologický charakter.
19.04.2023 8219.04.2023 82
Gaiger-Müllerov počítač, A-katóda, A-anóda, R-pracovný odpor
Scintilačný počítač, Kr-scintilátor, Fk-fotokatóda, D-dynódy, A-anóda
19.04.2023 8319.04.2023 83
Senzitomerická charakteristika, S-sčernanie, D-dávka žiarenia1-úsek linearity, 2-úsek nelinearity, 3-úsek desolarizácie
19.04.2023 8419.04.2023 84
Somatické Genetické
Včasné Neskoré
Akútna choroba z ožiarenia
Akútne poškodeniekože
Poruchy plodnosti
Poškodenie vývinu Plodu
Chronický útlmkrvotvorby
Chronický zápalkože
Zákal očnejšošovky
Nádorové ochoreniarôznych orgánovLeukémia
Genetickénásledkyu potomkov
Nestochastické Stochastické
Biologické účinky ionizujúceho žiarenia
19.04.2023 8519.04.2023 8519.04.2023 85
Medzinárodná sústava jednotiek SI zavedená 1.1.1980
SI: - základné jednotky, - doplnkové jednotky, -odvodené jednotky, - násobky a diely jednotiek SI.Prehľad skupín jednotiek:
Veličina Jednotka Značka
DĺžkaHmotnosťČasElektrický prúdTermodynamická teplotaLátkové množstvoSvietivosť
meterkilogramsekundaampérkelvinmolkandela
mkgsAKmolcd
19.04.2023 8619.04.2023 86
Predpona Značka Faktor
Predpony násobkov jednotiek
exa- peta- tetra- giga- mega- kilo- hekto- deka-
E P T G M K H da
1018
1015
1012
109
106
103
102
101
Predpony dielov jednotiek
deci- centi- mili- mikro- nano- piko- femto- atto-
d c m µ n p f a
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
10-18
19.04.2023 8719.04.2023 87
Názov Symbol, Hodnota Jednotka
Atómová hmotnostná jednotka u = 1,66057. 10-27
kg
Avogradova konštanta Na = 6,02252. 1023
mol-1
Boltzmannova konštanta k = 1,38054. 10-23
J. K-1
Diracova konštanta h = 1,0545. 10-34
J. s
Elementárny náboj e = 1,6021. 10-19
A. s
Faradayova konštanta F = 9,6487. 104
A. s. mol-1
Gravitačná konštanta κ = 6,67. 10-11
m. N. kg-1
Normálne tiažové zrýchlenie gn = 9,80665 m. s-2
Molový objem ideálneho plynu Vm= 22,4136. 10-3
m3
. mol-1
Permeabilita vákua μo = 1,256637. 10-6
H. m-1
Permitivita vákua ε0 = 8,85419. 10-12
F. m-1
Planckova konštanta h = 6,6256. 10-34
J. s
Plynová konštanta R = 8,3143 J. K-1
. mol-1
Pokojová hmotnosť elektrónu m e = 9,109558. 10-31
kg
Pokojová hmotnosť neutrónu mn = 1,67482. 10-27
kg
Pokojová hmotnosť protónu mp = 1,67252. 10-27
kg
Rýchlosť svetla vo vákuu c = 2,997925. 108
m. s-1
Stefanova-Boltzmannova konštanta σ = 5,6697. 10-8
W. m-2
. K-4